Upquark

Upquark
standaardmodel
Samenstelling	elementair deeltje
Generatie	eerste
Interactiekrachten	sterke kernkracht, zwakke kernkracht, elektromagnetische kracht, zwaartekracht
Symbool	u
Antideeltje	up-antiquark ū
Ontdekt	SLAC 1968
Massa	1,8 - 3,0 MeV/c2
Vervalt naar	stabiel of downquark + positron + elektron-neutrino
Elektrische lading	+ ⅔ e
Spin	½

Een upquark, symbool: u, is de lichtste van alle quarks. De upquark is een elementair deeltje en een belangrijke component van materie. De upquark vormt samen met de downquark de nucleonen van de atoomkern, dus het proton en het neutron.

Geschiedenis

Men dacht aan het begin van de deeltjesfysica, in de eerste helft van de 20e eeuw, dat hadronen net zoals protonen en neutronen elementaire deeltjes waren. Toen er steeds meer deeltjes werden ontdekt, stelden de geleerden Murray Gell-Mann en Yuval Ne'eman onafhankelijk van elkaar een manier voor om de deeltjes te classificeren, in het achtvoudige pad. Dat was in 1961. Hiermee worden de hadronen volgens hun eigenschappen georganiseerd, waarvan de isospin er een is, maar de fysische basis achter het systeem bleef onduidelijk.

Het bestaan van de upquark werd in 1964 door Murray Gell-Mann en George Zweig voorgesteld. Zij stelden in 1964 onafhankelijk van elkaar het quarkmodel voor, weliswaar nog in beperkte vorm. Zij gebruikten de upquark om het achtvoudige pad van de hadronen te verklaren. Hun model bevatte maar drie quarks: up, down en strange. Hoewel het quarkmodel het achtvoudige pad verklaarde, werd er geen direct bewijs voor dit model gevonden, totdat er in 1968 tijdens een experiment aan het Stanford Linear Accelerator Center naar voren kwam dat protonen samengesteld waren en uit drie kleinere deeltjes bestonden. Deze bevindingen bevestigden het quarkmodel.

Eigenschappen

De upquark maakt in het standaardmodel van de deeltjesfysica deel uit van de eerste generatie deeltjes, heeft een elektrische lading van 2/3 e en een massa van 1,8 tot 3,0 MeV/c². Zoals alle quarks is een upquark een elementair fermion met spin 1/2. Het is aan alle vier de fundamentele wisselwerkingen onderhevig: de zwaartekracht, de elektromagnetische kracht, de zwakke en sterke kernkracht.

Het antideeltje van de upquark is de up-antiquark. Dit antideeltje wordt vaak aangeduid als anti-upquark of alleen als anti-up. De up-antiquark is nagenoeg identiek aan de gewone upquark, maar heeft een aantal eigenschappen met een tegengesteld teken, waaronder de elektrische lading.

De massa van de upquark is niet eenduidig bepaald. Wetenschappers vermoeden dat de massa tussen de 1,8 en 3,0 MeV/c² ligt. Roosterberekeningen in de kwantumchromodynamica geven een preciezere waarde van 2,01 ± 0,14 MeV/c². Wanneer upquarks in mesonen of baryonen zijn gebonden wordt hun effectieve massa groter ten gevolge van de bindingsenergie, veroorzaakt door de gluonen tussen de verschillende quarks. De 'echte' massa van een upquark kan niet rechtstreeks worden berekend, omdat deze zo klein is.

Voorkomen

Alle deeltjes waar quarks in voorkomen zijn per definite hadronen. De volgende deeltjes zijn voorbeelden van deeltjes waar een upquark in voorkomt.

• Protonen en neutronen zijn baryonen. Er zitten twee upquarks in een proton en een upquark in een neutron.
• Upquarks komen ook in mesonen voor, maar dan steeds samen met een antiquark of zelf als antiquark.
  • In de pionen komen alleen de upquark ${\displaystyle {\text{u}}}$ en de downquark ${\displaystyle {\text{d}}}$ voor: ${\displaystyle \pi ^{+}}$ is een gebonden toestand van ${\displaystyle {\text{u}}}$ en anti-${\displaystyle {\text{d}}}$, ${\displaystyle \pi ^{-}}$ is anti-${\displaystyle {\text{u}}}$ met ${\displaystyle {\text{d}}}$ en ${\displaystyle \pi ^{0}}$ is een gemengde toestand van ${\displaystyle {\text{u}}}$ en anti-${\displaystyle {\text{u}}}$ en ${\displaystyle {\text{d}}}$ en anti-${\displaystyle {\text{d}}}$.
  • Het kaon bestaat uit een strangequark en een up- of een downquark.